一种上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法与流程

1.本发明属于采矿工程技术领域，具体涉及一种回采安全可靠、回收率高、回采成本低的上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法。


背景技术：

2.矿产资源作为不可再生资源，是经济发展的基础。然而，随着常年矿产资源的开采，部分矿山出现资源的萎缩，使得资源短缺的问题日益凸显。而提高矿产资源的回收显得尤为重要。传统井下矿物多以崩落法开采为主，为了提高矿物的回收率，目前逐步向充填采矿法转变。充填采矿法是指伴随落矿、运搬及其它作业的同时，用充填料充填采空区的采矿方法。充填的目的是支护采空区两帮岩石，并为继续进行上面分层回采造成立足的底板。其中，上向进路分层充填采矿法是目前金属及非金属矿山中应用较为广泛的一种采矿方法，是一种自下而上以巷道进路方式回采并充填的采矿方法，其回采进路是在矿石的自然稳定或支护后的顶板下作业，适用于矿岩均不稳固，但矿体基本能保证回采进路稳定的矿床回采。
3.分段空场嗣后充填法作为充填采矿法的一种，其结构主要分为矿房和矿柱两部分。早期的应用中，采用废石、尾砂等非胶结材料充填矿房。在矿房回采过程中，为保证采场的稳定性，会预留一定厚度的矿柱来支撑采场顶板以及相邻采场的非胶结充填材料。在矿房回采、充填结束后，这些矿柱将不再作回采，从而造成矿产资源的损失，因此对这些矿山开采过程中预留的保安矿柱、阶段水平间隔矿柱和采场间隔矿柱等矿柱的进行回采，也是提高矿山回收率的一个重要环节。
4.现有技术中，矿柱回采主要采用抽采法、削柱法、人工支柱替换、全面充填嗣后回采、崩落法回采等。其中全面充填嗣后回采是先对空区进行充填，然后在充填体内掘进采切工程进行矿柱回采。由于分段空场嗣后充填法回采后的采场空区出口多，导致矿柱回采时的挡墙构筑数量较多，使得工程量较大；采空区还需全部进行高强度充填，使得充填成本高；且回采矿柱的过程需从充填体内掘进并倒运大量的充填体，不仅充填体内的巷道采准工程量大，而且充填体稳定性较差，使得支维护的难度较大，从而使得现有全面充填嗣后回采矿柱的回采安全性差、回采工艺复杂和回采成本高。另外，现有技术中的其它矿柱回采方法，普遍存在回采安全可靠性差的问题，虽然部分方法的回采安全性能够有所保证，但还存在回采工艺复杂、回采率低及回采成本较高的问题。
5.为了提高矿产资源的回收率，解决现有技术中回采矿柱存在的上述问题，急需研究一种回采安全可靠、回收率高、回采成本低的回采方法。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种回采安全可靠、回收率高、回采成本低的上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法。
7.本发明目的是这样实现的：包括矿柱划分、采准工程布置、回采和充填步骤，具体
包括：a、矿柱划分：根据分段空场嗣后充填法采场的布置形式，将矿柱分别划分为沿矿体走向的顶柱和垂直于矿体走向的间柱；b、采准工程布置：在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线与矿柱对应位置布置延伸进路至矿柱，作为矿柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道；c、回采和充填：分段空场嗣后充填法形成的矿房用尾砂进行非胶结充填，然后在待回采的分段矿柱底部凿岩巷道内采用浅孔进行回采，且浅孔回采的一次崩矿步距为5~6m，回采结束后用上分段的充填巷道对下分段回采空区进行充填，待充填体达到养护周期后，再按前述进行上分段的矿柱回采。
8.本发明的有益效果：1、本发明基于分段空场嗣后充填采矿法在矿房连续回采过程中，需预留矿柱对矿房顶板及相邻矿房充填尾砂的支撑，在回采结束后，对预留矿柱不再回采的现实，针对矿房之间的矿柱采用上向进路式小分段充填法进行回采，并且借助分段空场嗣后充填法矿房底部采准干线与间柱对应位置布置延伸进路至矿柱，对各采场之间的矿柱以小步距浅采方式进行回采，回采结束后进行废石胶结充填，因此不仅进路布置简单，而且回采及充填工艺简洁明了，并且可有效减少矿石的损失以提高回采率。
9.2、本发明的进路布置在矿房底部采准干线与间柱对应位置并延伸至矿柱，由于进路沿矿柱延伸，因此不仅可减少乃至避免分段空场嗣后充填法回采后采场空区出口多，导致需要构筑较多数量挡墙而使得工程量较大的问题；而且也可显著减少乃至避免进路需从充填体内掘进并倒运大量的充填体，使得充填体内的进路采准工程量大导致回采成本较高，并由于充填体稳定性差，导致支维护难度较大、回采安全可靠性差等问题。
10.3、本发明延伸至矿柱中的进路宽度为4~6m且进路两侧的矿柱各预留0.8~1.2m宽的矿壁。由于分段空场嗣后充填法的采场内为非胶结尾砂充填，在矿柱回采过程中产生空区，造成矿柱上部岩体垂直应力向矿柱两侧帮壁转移，造成顶板帮壁应力集中，并将这种垂直应力部分施加在尾砂，使得采场内的尾砂受自重应力和顶板垂直应力作用造成采场底部尾砂的侧向压力最大而形成一定的固结效果，且采场垂直方向的中部尾砂侧向压力相对减少而使尾砂固结效果减弱。本发明在进路两侧预留矿壁，可抵抗分段空场嗣后充填法回采空间对尾砂侧向压力的影响，防止固结尾砂的垮落，保证了回采矿柱时的安全可靠性。
11.4、本发明进一步采用浅孔回采，在每条矿柱端部布置切割天井并进行拉槽回采，而其余部分的回采利用废石胶结充填材料中，通过废石的碎胀性，以充填体方向为自由面进行松散介质挤压爆破，且设置崩矿步距为5~6m，可有效减少爆破夹制；其次充填体受爆破侧向的挤压，可进一步压密实，从而可提高充填体在回采过程中一侧临空时的自立性。
12.综上所述，本发明具有回采安全可靠、回收率高、回采成本低的特点。
附图说明
13.图1为本发明之垂直矿体走向剖视图；（为图2之a-a向剖视图）图2为图1之c-c向剖视图；图3为图1之d-d向剖视图；图4为图3之b-b向旋转放大图；
图中：1-矿柱，2-顶柱，3-间柱，4-凿岩巷道，5-采准干线，6-充填巷道，7-充填井，8-延伸进路，9-出矿进路，10-放矿溜井，11-预留矿壁，12-穿脉运输道，13-浅孔炮孔，14-非胶结充填体，15-胶结充填体。
具体实施方式
14.下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作的任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。
15.如图1和2所示，本发明包括矿柱划分、采准工程布置、回采和充填步骤，具体包括：a、矿柱划分：根据分段空场嗣后充填法采场的布置形式，将矿柱分别划分为沿矿体走向的顶柱和垂直于矿体走向的间柱；b、采准工程布置：在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线与矿柱对应位置布置延伸进路至矿柱，作为矿柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道；c、回采和充填：分段空场嗣后充填法形成的矿房用尾砂进行非胶结充填，然后在待回采的分段矿柱底部凿岩巷道内采用浅孔进行回采，且浅孔回采的一次崩矿步距为5~6m，回采结束后用上分段的充填巷道对下分段回采空区进行充填，待充填体达到养护周期后，再按前述进行上分段的矿柱回采。
16.所述a步骤中的矿柱宽度为6~8m；所述b步骤延伸至矿柱中的进路宽度为4~6m且进路两侧的矿柱各预留0.8~1.2m宽的矿壁。
17.所述b步骤中先在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线与间柱对应位置布置在间柱内延伸的进路，作为间柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道；然后在各分段的采准干线与顶柱对应位置布置在顶柱内延伸的进路，作为顶柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道，且在顶柱内延伸的进路与间柱内延伸的进路连通。
18.所述c步骤中待回采分段矿柱的采幅为4~6m且高度为5~6m。
19.所述c步骤中上分段的充填巷道每次掘进进尺与下方的矿柱崩矿步距保持一致且超前于矿柱回采前完成。
20.所述c步骤中每条矿柱的端部布置切割天井拉槽回采且其余部分以胶结充填体为松散介质进行挤压爆破回采。
21.所述c步骤中采用浅孔小步距倒退式回采且浅孔的高度为4~6m，每一步距回采结束后布置充填挡墙并对下分段回采空区进行充填。
22.所述c步骤中在同一分段内以两个相邻的两条间柱区间为一个回采区域，先回采该区域内沿矿体走向的顶柱，当顶柱倒退回采至间柱处后，由间柱上盘端部处倒退回采至下盘边界。
23.所述c步骤中，当凿岩巷道在间柱内沿垂直走向拉开至顶柱时，将顶柱沿走向拉开底部凿岩巷道，采用倒退式回采顶柱至顶柱与间柱的交界处，再转入对间柱的回采，直至间柱回采至下盘边界。
24.所述c步骤中的胶结充填体为胶骨料和全尾砂的混合物，所述胶结充填体的强度大于1.8mpa。
实施例
25.云南某矿山矿体近东西走向，平均垂直厚度18m，矿体形态规整，埋深在450~600m，采用分段空场嗣后充填法开采，非胶结尾砂充填。在空场嗣后充填法回采过程中，为保证矿房的安全回采，各采场之间预留8m宽的矿柱。随着矿产资源的常年开采，资源出现萎缩，为保证矿山持续稳定供矿，延缓矿山服务年限需对矿柱进行回采，提出采用下述步骤对矿柱进行回采：s100：根据分段空场嗣后充填法采场的布置形式，将矿柱1分别划分为沿矿体走向的顶柱2和垂直于矿体走向的间柱3；并根据矿柱1的走向对凿岩巷道4、充填巷道6进行布置，其中矿柱1宽8m，凿岩巷道4和充填巷道6均为宽6m且高3m，并将矿柱1的两侧各预留1m宽的矿壁。
26.s200：根据分段空场嗣后充填法采场的布置形式，借助矿房底部每一分段布置的采准干线5，先在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线5与间柱3对应位置布置在间柱3内延伸的进路，作为间柱3分段回采时的底部凿岩巷道4和上部充填巷道6；然后在各分段的采准干线5与顶柱2对应位置布置在顶柱2内延伸的进路，作为顶柱2分段回采时的底部凿岩巷道4和上部充填巷道6，且在顶柱2内延伸的进路与间柱3内延伸的进路连通。
27.s300：分段空场嗣后充填法形成的矿房用尾砂进行非胶结充填，然后在分段矿柱底部凿岩巷道4内采用浅孔小步距倒退式回采（其中浅孔炮孔的高度为6m、一次崩矿步距为6m），在每一步距回采结束后布置充填挡墙，并用上分段的充填巷道6对下分段回采空区进行充填，待胶结充填体15达到养护周期后，再按前述进行上分段的矿柱1回采。
28.其中，在待回采的每条矿柱1端部的凿岩巷道4内布置切割天井进行拉槽回采，其余部分以胶结充填体15为自由面采用相邻松散介质进行挤压爆破回采。
29.矿柱1回采时，在同一分段内以两个相邻的两条间柱3区间为一个回采区域，先回采该区域内沿矿体走向的顶柱2，当顶柱2倒退回采至间柱3处后，由间柱3上盘端部处倒退回采至下盘边界。
30.当凿岩巷道4在间柱3内沿垂直走向拉开至顶柱2时，将顶柱2沿走向拉开底部凿岩巷道4，采用倒退式回采顶柱2至顶柱2与间柱3的交界处，再转入对间柱3的回采，直至间柱3回采至下盘边界。
31.上部充填巷道6由走向方向相邻区域的上分段采准干线5与间柱3对应位置处按照底部凿岩巷道4方式进行布置，且充填巷道6每次掘进进尺为下分段矿柱1的回采步距，并在矿柱1回采前完成，直至回采至垂直走向矿柱1的底盘边界处，完成一个回采区域内间柱3和底柱的回采。回采时，上分段充填巷道6掘进作业紧跟下部矿柱1的回采步距进行，因上下分段的凿岩巷道4和充填巷道6在垂直方向间隔距离不大，切勿一次拉开。当该区域在矿柱1回采、充填结束后，上部充填巷道6与所在分段采准干线5贯通，用以上分段矿柱1回采底部凿岩巷道4。
32.待下分段矿柱1回采、充填结束后，进行上分段矿柱1的回采。此时，充填巷道6伴随下分段矿柱1的回采结束以全部拉开，并作为上分段矿柱1回采时的底部凿岩巷道4，充填巷道6按照上述方式在上分段矿房底部采准干线5进行掘进作业，对上分段矿柱1进行回采。
33.以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于包括矿柱划分、采准工程布置、回采和充填步骤，具体包括：a、矿柱划分：根据分段空场嗣后充填法采场的布置形式，将矿柱分别划分为沿矿体走向的顶柱和垂直于矿体走向的间柱；b、采准工程布置：在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线与矿柱对应位置布置延伸进路至矿柱，作为矿柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道；c、回采和充填：分段空场嗣后充填法形成的矿房用尾砂进行非胶结充填，然后在待回采的分段矿柱底部凿岩巷道内采用浅孔进行回采，且浅孔回采的一次崩矿步距为5~6m，回采结束后用上分段的充填巷道对下分段回采空区进行充填，待充填体达到养护周期后，再按前述进行上分段的矿柱回采。2.根据权利要求1所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述a步骤中的矿柱宽度为6~8m；所述b步骤延伸至矿柱中的进路宽度为4~6m且进路两侧的矿柱各预留0.8~1.2m宽的矿壁。3.根据权利要求2所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述b步骤中先在分段空场嗣后充填法形成的矿房各分段的采准干线与间柱对应位置布置在间柱内延伸的进路，作为间柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道；然后在各分段的采准干线与顶柱对应位置布置在顶柱内延伸的进路，作为顶柱分段回采时的底部凿岩巷道和上部充填巷道，且在顶柱内延伸的进路与间柱内延伸的进路连通。4.根据权利要求3所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中待回采分段矿柱的采幅为4~6m且高度为5~6m。5.根据权利要求3所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中上分段的充填巷道每次掘进进尺与下方的矿柱崩矿步距保持一致且超前于矿柱回采前完成。6.根据权利要求3、4或5所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中每条矿柱的端部布置切割天井拉槽回采且其余部分以胶结充填体为松散介质进行挤压爆破回采。7.根据权利要求6所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中采用浅孔小步距倒退式回采且浅孔的高度为4~6m，每一步距回采结束后布置充填挡墙并对下分段回采空区进行充填。8.根据权利要求7所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中在同一分段内以两个相邻的两条间柱区间为一个回采区域，先回采该区域内沿矿体走向的顶柱，当顶柱倒退回采至间柱处后，由间柱上盘端部处倒退回采至下盘边界。9.根据权利要求8所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中，当凿岩巷道在间柱内沿垂直走向拉开至顶柱时，将顶柱沿走向拉开底部凿岩巷道，采用倒退式回采顶柱至顶柱与间柱的交界处，再转入对间柱的回采，直至间柱回采至下盘边界。10.根据权利要求6所述上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，其特征在于所述c步骤中的胶结充填体为胶骨料和废石的混合物，所述胶结充填体的强度大于
1.8mpa。

技术总结
本发明公开一种上向进路式小分段回采分段空场嗣后充填法矿柱的方法，根据分段空场嗣后充填法布置，将矿柱分为沿矿体走向的顶柱和垂直于矿体走向的间柱；在矿房各分段采准干线与矿柱间布置延伸进路至矿柱，作为矿柱分段回采的底部凿岩巷道和上部充填巷道；矿房非胶结充填，在待回采分段矿柱底部凿岩巷道内采用浅孔回采，结束后用上分段充填巷道对回采空区充填，充填体达到养护周期后按前述进行上分段矿柱回采。本发明在分段空场嗣后充填法采场回采、充填结束基础上，以矿房底部采准干线布置进路至矿体，对采场间的矿柱以上向进路式小分段回采，从而减少矿石的损失以提高回收率，具有回采安全可靠、回收率高、回采成本低的特点。回采成本低的特点。回采成本低的特点。


技术研发人员：赵艳伟 李光全 胡正祥 李清林 李广涛 罗代祺 陈浩 王正雄 黄原明 顾迎春 普秋
受保护的技术使用者：玉溪矿业有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/9/14